Depuración barata y sostenible del agua de metales pesados
Los investigadores desarrollan sistemas de filtrado basados en la lignina
Para limpiar las aguas residuales de metales pesados, la industria tiene que recurrir a tecnologías de filtrado muy refinadas. A menudo, la producción de estas mismas tecnologías tampoco es realmente respetuosa con el medio ambiente. Investigadores de Viena están desarrollando sistemas de filtrado basados en la lignina, un residuo de la industria papelera. Su proceso promete una huella ecológica pequeña y unos costes de producción bajos.
En las últimas décadas, las cantidades de metales pesados vertidos en las masas de agua europeas procedentes de plantas químicas, metalúrgicas y de transformación de metales han disminuido drásticamente. Esto se debe no sólo a las estrictas normativas de la UE, sino también a tecnologías de filtrado muy desarrolladas que pueden hacer un buen trabajo extrayendo el plomo, el zinc, el cobre y el cromo de las aguas residuales. Sin embargo, esta capacidad tiene un precio. Los propios materiales de filtración son productos de la industria química que se fabrican a partir de derivados del petróleo en procesos extremadamente complejos, que también generan aguas residuales peligrosas.
En el marco del proyecto financiado por la FWF "Materiales macroporosos de base biológica para la absorción de metales pesados", Alexander Bismarck, Hande Barkan y Philip Verdross y su grupo de investigadores de la Universidad de Viena estudian una alternativa prometedora. Materias primas baratas de origen biológico y subproductos industriales se forjan en una estructura polimérica permeable con una estructura de poros que puede adaptarse específicamente para ligar y acumular metales pesados. El método está diseñado para reducir la huella ecológica de los filtros por un factor de múltiplos. Para este proyecto transfronterizo, la Universidad de Viena ha unido fuerzas con el Instituto de Ciencia y Tecnología de Luxemburgo.
"En este proyecto, nos centramos en la adsorción de cromo tóxico. El cromo VI se utiliza, entre otras cosas, para curtir el cuero. Sobre todo en el sudeste asiático, este metal pesado suele verterse a los ríos sin filtrar", señala el químico Hande Barkan. "Necesitamos nuevas tecnologías que sean sostenibles y baratas para mejorar la situación". Además, la tecnología estudiada también es interesante para la eliminación de cobre, plomo, arsénico y mercurio.
Los sistemas de filtrado fabricados con materias primas renovables encierran un gran potencial para la industria. Su producción no sólo es mucho más barata y respetuosa con el medio ambiente, sino también más eficaz. Algunos metales pesados siguen llegando a los ríos sin filtrar.
Un subproducto de la industria papelera
Los materiales innovadores se basan en la lignina, es decir, el material que da estabilidad a las paredes celulares de las plantas. La producción de celulosa en la industria papelera genera un subproducto llamado licor negro, que contiene una gran cantidad de lignina, además de residuos de los productos químicos de extracción utilizados. Este licor negro sirve de material de base propicio para los investigadores. Otros materiales que utilizan son subproductos agrícolas, como grasas vegetales o glicerina, que se produce a partir de materias primas de origen biológico. Los compuestos amínicos del carbono son una excepción, ya que se producen industrialmente como derivados del petróleo. "Las aminas se utilizan como los llamados reticulantes y son responsables tanto de la reticulación de las moléculas de sustancias naturales como, posteriormente, de la unión química de los metales pesados a los polímeros", explica Barkan. En términos generales, sin embargo, los materiales de origen biológico, especialmente la lignina como "ingrediente principal", tienen un efecto extremadamente positivo en el análisis del ciclo de vida del desarrollo, señala Barkan.
Dicho esto, hace falta algo más que crear un material funcional y sólido a partir de la sustancia natural lignina. La estructura polimérica resultante, en la que se entrelazan muchas macromoléculas complejas, requiere una estructura de poros que maximice la separación de metales pesados del agua enviada a través de la estructura. La tecnología capaz de lograrlo se denomina "templado de espuma/emulsión" y fue codesarrollada de forma significativa por Bismarck y su equipo.
De gota a poro filtrante
Como su nombre indica, la forma del polímero se fija en una emulsión. "En este líquido espumoso se dispersa un gran número de gotitas. El tamaño y la frecuencia de las gotitas vienen determinados por los tensioactivos que se añaden según criterios específicos. Los tensioactivos son sustancias que influyen en la tensión interfacial entre líquidos", explica Philip Verdross. "La emulsión y el polímero líquido se mezclan antes de curar el polímero. La emulsión actúa entonces como una plantilla que determina la forma y las propiedades de los poros del plástico a base de lignina. Donde había gotitas en la emulsión, hay poros en el polímero acabado".
"La adsorción de Cromo VI con esta tecnología ofrece una gran ventaja, porque el metal pesado no sólo se une a las aminas, sino que también experimenta una reacción posterior", señala Verdross. El cromo VI, altamente tóxico y cancerígeno, se convierte en el inofensivo cromo III, un paso que requeriría un proceso separado con los métodos convencionales. Para otros metales pesados, la separación como tal funcionaría de forma similar a como lo hace con el cromo. Los investigadores esperan que el uso de materias primas renovables permita una producción industrial de bajo coste. Si el método puede utilizarse realmente a gran escala, podría lograr una reducción sustancial de la contaminación por metales pesados en los cursos fluviales de todo el mundo.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
Publicación original
Philip Verdross, Robert T. Woodward, Alexander Bismarck; "Flexing with lignin: lignin-based elastomers synthesised from untreated kraft black liquor"; Polymer Chemistry, Volume 15, 2024
Hande Barkan-Öztürk, Philip Verdross, Alexander Bismarck; "Macroporous lignin adsorbents: A bio-sourced tool kit to defuse the Cr(VI) threat in wastewater"; Journal of Environmental Chemical Engineering, Volume 12
Khatanbaatar Byambatsogt, Qixiang Jiang, Aayush Kumar Jaiswal, Vesa Kunnari, Alexander Bismarck, Andreas Mautner; "Pilot-scale foam and cast-coated nanocellulose filters for water treatment"; Monatshefte für Chemie - Chemical Monthly, 2024-5-17
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